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광촉매를 이용한 고효율 탈질반응

전문가 제언: ○ 질소 산화물(NOx)의 배출은 산성비나 광화학 스모그의 원인이 되기 때문에 엄격히 규제되고 있다. 대표적인 발생원은 이동형인 자동차 등이 있지만, 고정 발생원으로 불리는 공장, 발전소, 선박 등에 사용되는 대형 보일러 및 쓰레기 소각로 등에서 배출되는 NOx 배출량도 자동차의 배출량에 필적하기 때문에 대기환경을 심각하게 손상할 위험이 있다.

○ 현재 고정 발생원에서 배출되는 NOx 대부분은 암모니아를 환원제로서 이용하는 선택 접촉 환원법(Selective Catalytic Reduction)으로 분해 제거되고 있다. 이 반응은 NO 전화율 90% 이상의 높은 탈질률, 생성물의 무해성(거의 질소만), 배출가스에 공존하는 SOx나 수증기에 대한 촉매의 높은 내피독성, 과잉의 산소 분위기하에서의 작동할 수 있다는 이점으로 다수 이용되고 있다.

○ 선택 접촉 환원법 탈질기술의 문제점은 촉매의 구동 온도가 300℃ 정도로 비교적 고온이어서 NOx 제거 설비에 도입되는 배출가스 온도를 고온으로 유지해야 한다. 그러나 실제로 보일러 등에서 배출되는 오염 가스는 약 1,000℃ 정도로 배출되지만 배기가스 중의 환경오염 물질(매진, SOx, 할로겐 화합물)을 대개 습식으로 처리하므로 배기가스 온도가 낮아진다. 따라서 탈질 처리를 위해서는 다시 승온해야 하므로 거대한 설비가 소요되고 에너지 소요량이 증가된다는 문제가 있다.

○ 필자 등은 상온 상압에서 광촉매에 의한 암모니아 탈질 프로세스를 개발하고 실용적인 반응조건에서 이산화티탄을 광촉매로서 사용할 경우 높은 NO 전화율과 N2 선택률이 발현된다는 사실을 확인한 바 있으며,본고에서는 이산화티탄 고체 표면상의 암모니아 광 활성화의 메커니즘을 해설하고 각종 이산화티탄을 사용할 경우의 광 암모니아 탈질반응 효과를 소개하고 있다.

○ 본 광촉매기술은 아직 실제 공장에는 이용된 사례는 없으나 에너지 문제나 환경문제를 고려하면 상온 상압의 온화한 조건하에서 진행되는 이 기술의 활용 가능성을 검토할 가치가 있다고 생각된다.

저자: Kentaro Teramura, Tsunehiro Tanaka
자료유형: 학술정보